\section{本文主要研究内容和章节安排}{Contents and Structures}
\subsection{本文主要研究内容}
本文主要研究了可见光通信网络的信道容量和干扰管理机制。

首先，本文在同时考虑峰值光功率、平均光功率和平均电功率约束的情况下，基于熵功率不等式（Entropy Power Inequality, EPI）和其他信息论理论，研究在单输入单输出（Single-Input and Single-Output, SISO）场景下，可见光点对点（Point-to-Point,P2P）信道容量的下界与上界及它们的闭式表达式，给出了最大化这一下界的输入分布及其闭式表达式，并将它们分别命名为ABG（$ \alpha-\beta-\gamma $）分布和ABG下界，并理论证明了截断高斯分布和连续均匀分布是ABG分布的特例，之后将ABG下界与现有理论进行了数值仿真对比。

然后，本文将点对点信道信道容量上界、ABG下界和ABG分布的结论和方法扩展至可见光广播信道（Broadcast Channel, BC），推导了可达速率域内界与外界的闭式表达式，给出了基于ABG分布的ABG内界闭式表达式与一种外界闭式表达式，通过数值仿真讨论ABG内界和外界随参数变化的特性，并于基于连续均匀输入分布的内界进行了对比。

为了减少用户间干扰，本文基于扩展至多输入单输出（Multi-Input and Single-Output, MISO）场景的ABG下界，设计了在每个用户最小传输速率约束和每个LED最大发射功率约束下的最小化发射功率波束成形，并利用半正定松弛（Semi-Definite Relaxation, SDR）将这个非凸的二次约束二次规划问题转换为了凸半正定规划（Semi-Definite Programming,SDP）问题，从而利用内点法求解得到最优波束成形向量，并通过数值仿真讨论该波束成形方案与系统参数的关系。

最后，本文研究了可见光干扰信道（Interference Channel, IC），推导了它的可达速率域内界与外界的闭式表达式，给出了基于ABG分布的ABG内界与一种外界，通过数值仿真讨论ABG内界和外界随参数变化的特性，并于基于连续均匀输入分布的内界进行了对比。

为了消弱小区间干扰，本文基于MISO场景的ABG内界，设计了在每个用户最小传输速率约束和每个LED最大发射功率约束下的最小化发射功率波束成形来实现可见光通信网络的干扰管理。本文首先设计了集中式波束成形方案，并利用半正定松弛（Semi-Definite Relaxation, SDR）方法进行求解，同时也理论证明了这一松弛并不会损失最优性，之后为了克服集中式干扰管理的弊端，本文利用交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM）将上述集中式波束成形方案等价转换为了一种分布式协作波束成形方案。通过数值仿真，讨论了集中式波束成形方案与系统参数的关系，并将分布式协作波束成形方案与非协作波束成形方案进行了，还验证了其收敛性。

\subsection{本文章节安排}
本文章节安排如下：

第一章首先介绍了本课题“可见光通信网络的信道容量和干扰管理机制”的研究背景和意义，同时介绍了可见光通信技术、可见光通信网络信道容量和可见光通信网络干扰管理机制国内外研究现状。最后简述了本文主要研究内容和章节安排。

第二章主要研究了可见光点对点信道容量。首先介绍了一种典型的可见光SISO点对点系统模型，进而基于熵功率不等式和其他信息论理论，研究并提出了当存在三种功率约束条件时，SISO场景下的可见光点对点信道容量的下界与上界及它们的闭式表达式，给出了最大化这一下界的输入分布及其闭式表达式，并将这一概率分布分布和最大下界分别命名为ABG分布和ABG下界，并理论证明了截断高斯分布和连续均匀分布是ABG分布的特例，最后将ABG下界与现有理论进行了数值仿真对比，结果表明本文所提出的具有闭式表达式的可达速率上界和下界之间的间隙较小，并且ABG分布对应的可达速率下界非常接近目前速率较高但无闭式表达式的结论，同时计算难度更小。

第三章主要研究了可见光广播信道容量和波束成形。首先介绍了一种典型的可见光SISO广播信道系统模型，进而研究并提出了可见光SISO广播信道可达速率域内界（ABG内界）和外界闭式表达式。通过数值仿真，将外界、ABG内界同基于连续均匀分布的内界进行了功率分配场景下的对比，本章提出的ABG内界明显更优。随后将上述结论扩展至MISO场景，并基于MISO场景的可见光广播信道ABG内界，利用半正定松弛方法设计了的波束成形方案，以削弱用户间干扰。最后通过数值仿真给出了不同情况下，波束成形总发射功率随用户最小传输速率门限变化情况以及与系统参数的关系。

第四章主要研究了可见光干扰信道容量和干扰管理。首先介绍了一种典型的可见光SISO干扰信道系统模型，进而研究并提出了存在三种功率约束条件时的可见光干扰道可达速率域内界（ABG内界）和外界闭式表达式。通过数值仿真，将外界、ABG内界同基于连续均匀分布的内界进行了对比，本章提出的ABG内界明显更优。随后将上述结论扩展至MISO场景。从而基于MISO场景的可见光干扰信道ABG内界，设计了波束成形方案，来削弱小区间干扰，实现干扰管理，包括基于半正定松弛的集中式波束成形方案，以及利用交替方向乘子法得到的分布式波束成形方案。最后通过数值仿真，讨论了集中式波束成形方案与系统参数的关系，并将分布式协作波束成形方案与非协作波束成形方案进行了，还验证了其收敛性。

第五章本文总结与展望。